[发明专利]一种欠驱动等弯曲联动关节组及连续型机械臂

说明书

本发明涉及一种欠驱动等弯曲联动关节组及连续型机械臂,包括：基座、驱动系统、驱动绳索和机械臂本体，机械臂本体由多个联动关节组串联组成，联动关节组为最小组成单元，包括第一关节、连接臂杆、第二关节、第三关节以及第一联动绳索、第二联动绳索。机械臂本体固定在基座上，驱动绳索穿过机械臂本体，驱动绳索一端固定在驱动系统内的绳索牵引处，另一端与连接臂杆固定连连，驱动系统控制驱动绳索的运动；本发明采用关节组的方式，在满足自由度要求的情况下，增加了臂杆长度及操作半径，提升了准连续型机械臂的工作空间；通过采用欠驱动关节组的方式，可减少驱动部件的数量，即降低了整机重量，进而简化了驱动部分的结构布局。

技术领域

本发明属于连续型机械臂技术领域，涉及一种欠驱动等弯曲联动关节组及连续型机械臂。

背景技术

针对狭小、非结构化的作业环境，传统工业机器人在目前现有的研究方案中，主要采用绳索联动的关节组来实现功能，采用联动方案需要额外配置夹具，增加了装配难度，并且装配后的臂杆联动处盈余空间很小，给后期维护联动绳索带来很大困难，需进一步优化臂杆设计及联动绳索配置。传统工业机器人受其自由度数及臂杆结构的限制，难以完成相关作业及要求。

连续型机械臂作为一种近乎连续的、可控变形的机器人，与相同质量的传统关节型机械臂相比，其具有作用距离远、末端载荷大、运动灵活等明显优势。因此，在狭小、非结构化作业环境中，更多的研究人员将重点放在研究具有更好弯曲特性和更多配置自由度的连续型机械臂上，并逐步得到较为广泛的研究与应用。连续型机械臂受到臂杆及关节结构、长度、重量、驱动布局等限制，较难满足狭小、非结构化环境下长臂杆、末端适当负载移动搬运操作等要求，需要根据特定的工况需求提出更具针对性的关节结构、驱动方式及控制方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种欠驱动等弯曲联动关节组及连续型机械臂，在保证自由度的基础上，有效增加机械臂臂长，扩大其工作范围，简化驱动系统结构及控制算法，提高控制效率；同时满足狭小、非结构化环境下长臂杆、末端适当负载移动搬运操作要求。

本发明解决技术的方案是：

一种欠驱动等弯曲联动关节组及连续型机械臂，包括：基座、驱动系统、驱动绳索和机械臂本体，

机械臂本体由多个联动关节组串联组成，联动关节组为最小组成单元，包括第一关节、连接臂杆、第二关节、第三关节以及第一联动绳索、第二联动绳索，

机械臂本体固定在基座上，驱动绳索穿过机械臂本体，驱动绳索一端固定在驱动系统内的绳索牵引处，另一端与连接臂杆固定连连，驱动系统控制驱动绳索的运动，实现关节俯仰、偏转两个自由度，实现连续型机械臂在狭小、非结构化环境下的适当末端负载连续运动；

基座起到支撑驱动系统各组成部件的作用，同时在实际情况中，可与外部移动平台相连接，通过移动平台带动实现连续型机械臂整机的移动；

单个关节组由三根驱动绳索驱动，单个传动轮上有两根呈相反S型布置的第一联动绳索，单个关节组最小组成单元内三个第一关节、第二关节、第三关节之间的俯仰自由度依靠第一传动轮、第三传动轮、第五传动轮、第八传动轮以及传动轮之间的第一联动绳索、第二联动绳索互相耦合，三个关节之间的偏转自由度依靠第二传动轮、第四传动轮、第六传动轮、第七传动轮以及传动轮之间的第一联动绳索、第二联动绳索互相耦合。

优选的，驱动系统包括驱动电机、联轴器、滚珠丝杠副驱动单元、螺母支撑件以及驱动导轨，为欠驱动等弯曲联动关节组及连续型机械臂提供驱动能力，采用驱动电机可以借助关节处角度传感器的反馈实现实时闭环控制；利用滚珠丝杠副驱动单元可以获得较大的驱动能力和传动精度；驱动导轨作为滚珠丝杠副驱动单元的导向机构；螺母支撑件起到连接滚珠丝杠副驱动单元、驱动导轨和驱动绳索的作用。